Люди на Луне - [88]

С конца 2000-х годов американская космонавтика вновь нацелилась на Луну, но для этого пришлось потратить немало времени и средств, будто не сохранилось никаких достижений прежних полетов. Если же углубиться в технические детали, то окажется, что очень многое из лунной программы Apollo осталось в американской космонавтике и в некоторых случаях используется по сей день почти без изменений. Разберем конкретные примеры элементов и технологий, кроме двигателя F-1, которые сделали реальностью полет человека на Луну в 1960-е и не забыты сегодня.

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ J-2

Двигатель J-2, который размещался на второй и третьей ступенях ракеты Saturn V, всегда находился в тени более известного и внушительного F-1, и его судьбой интересуются меньше. Между тем технологии J-2 оказались более востребованными. Хотя сами двигатели после пусков Saturn V больше не эксплуатировались, их технологии получили развитие в виде двигателя RS-25 через посредника – двигатель HG-3, который не совершал полетов. RS-25 стали главными двигателями Space Shuttle, причем использовались до десяти раз каждый. Сейчас RS-25 по-прежнему востребованы и готовятся к полетам в качестве двигателя центрального блока сверхтяжелой ракеты SLS, которой предстоят запуски на Луну.

Все кислород-водородные двигатели США, разработанные и произведенные компанией Aerojet Rocketdyne, являются одной линейкой последовательного развития: J-2, HG-3, RS-25, RS-68. Последний в этой цепочке – самый мощный кислород-водородный двигатель. RS-68 создавался уже 1990-е, его тяга почти на треть превышает характеристики RS-25, при этом конструкция проще и цена ниже в два с половиной раза.

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СПУСКАЕМОЙ СТУПЕНИ ЛУННОГО МОДУЛЯ

Нижняя ступень лунного модуля оснащалась одним маршевым двигателем, названным Lunar Module Descent Engine (LMDE). Этот двигатель развивал около 4,6 т тяги и обеспечивал торможение для понижения орбиты и мягкой посадки на Луну. Конструкция двигателя была максимально проста для повышения надежности. На двигателе не было топливной турбины, а подача горючего и окислителя под давлением 7 атмосфер в камеру сгорания поддерживалась сжатым гелием. Охлаждение камеры сгорания и сопла было абляционным, т. е. внутренняя часть просто сгорала в процессе работы двигателя.

Требования к двигателю LMDE отличались одной важной особенностью, которая на тот момент была мало востребована в околоземной космонавтике, – глубоким дросселированием, т. е возможностью контроля тяги. В процессе снижения корабля меняется его масса из-за расхода топлива, поэтому необходимо снижать и тягу. Самая низкая тяга кораблю необходима у самой поверхности: в посадках Apollo она достигала примерно 25 % от максимальной. Для создания двигателя с такими возможностями потребовалась специальная штыревая (иногда встречается наименование «игольчатая») или штифтовая форсунка (pintle injector) подачи топлива. Ее преимуществом является возможность глубокого дросселирования до 10 % мощности двигателя без потери эффективности и без появления нестабильного горения.

Как оказалось, история маленькой форсунки нашла продолжение, в отличие от всего лунного модуля. В 1970–1980-е годы штифтовую форсунку и конструкцию камеры сгорания LMDE применили в ракетном двигателе TR-201 верхней ступени ракеты Delta, и она совершила 77 пусков с этим двигателем, показав стопроцентную надежность. В 1990-е годы штифтовая форсунка применялась в экспериментальном двигателе TR-106, а в начале 2000-х годов – в двигателе TR-107. Но звездный час технологии наступил, когда ведущий разработчик TR-106 Томас Мюллер перешел на работу в компанию SpaceX.

Ракетные двигатели серии Merlin 1 обеспечили компании SpaceX технологический и коммерческий успех. Начав как подрядчик по контрактам NASA, компания SpaceX смогла создать эффективную и достаточно надежную ракету, которая снискала успех и на коммерческом рынке. Falcon 9 запустил десятки телекоммуникационных и картографических спутников. Девять двигателей Merlin 1D поднимают тяжелую ракету Falcon 9, а двадцать семь двигателей поднимают сверхтяжелую ракету Falcon Heavy.

Благодаря «лунной» штифтовой форсунке и глубокому дросселированию двигателя Merlin 1D, первые ступени ракет Falcon 9 и Falcon Heavy обладают возможностями возвращения на Землю и мягкой вертикальной посадки, как когда-то делал лунный модуль. На сегодня стартовало более 80 ракет Falcon 9, и уже многие первые ступени с двигателями Merlin 1D совершили полет неоднократно.

Сегодня ракетные двигатели с использованием такой форсунки разрабатываются целым рядом частных космических компаний: Firefly Aerospace, Virgin Orbit в США, «КосмоКурс» в России и др.

ТЕПЛОЗАЩИТА ВТОРОЙ СТУПЕНИ SATURN V

Во времена программы Apollo вторая ступень ракеты Saturn V стала самой мощной ракетной системой на основе топливной пары кислород-водород. До ее создания американская космонавтика имела дело с только водородными двигателями небольшой тяги (до 7 т), а когда работа началась c мощными, то стали возникать непредвиденные проблемы. Кислород и водород лучше всего себя показывают в вакууме, где им практически нет равных, по крайней мере из распространенных химических типов топлива. Поэтому вторая и третья ступени Saturn V и заправлялись кислородом и водородом.